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冲压工艺简介 课程目的 对冲压工艺深入了解 目录 一 冲压工艺分类二 覆盖件冲压成形特点三 冲压模具开发工艺流程四 冲压生产中的问题五 常见冲压缺陷及消除方法六 典型问题的解决方法七 冲压工艺开发过程中的问题 冲压工艺认识 冲压工艺是什么安全 质量 效率 成本 一 冲压工艺分类 冲压是靠压力机和模具对板材 带材 管材和型材等施加外力 使之产生塑性变形或分离 从而获得所需形状和尺寸的工件 冲压件 的成形加工方法 冲压主要是按工艺分类 可分为分离工序和成形工序两大类 一 冲压工艺分类 分离工序 也称冲裁 其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离 同时保证分离断面的质量要求 一 冲压工艺分类 成形工序的目的是使板料在不破裂的条件下发生塑性变形 制成所需形状和尺寸的工件 在实际生产中 常常是多种工序综合应用于一个工件 二 覆盖件冲压成形特点 1 车身覆盖件概念 汽车车身的冲压类零件通常根据其装配关系可分为内 外覆盖件及骨架类结构件 其中车身部分约70 100个件 底盘部分约15 25个件 按车身零件的外观质量要求 通常根据其不同的位置及功能 分为A区表面 B C D区表面等 并根据其相应的要求 判定冲压件是否合格 二 覆盖件冲压成形特点 根据车身覆盖件的生产特点 其表面质量的缺欠等级可分为A类 B类及C类缺欠 从而对其进行检查和验收 车身覆盖件基本上是通过冲压的手段生产的金属薄板类零件 材料主要为深冲钢板 铝合金 高强度钢等 二 覆盖件冲压成形特点 2 冲压工序内容 1 冲压工序分类 通常 落料拉延修边冲孔翻边成形整型特殊 翻口 墩粗 卷圆 压合 较平 2 部分冲压工序注意点切口拉延 例如 侧围后尾灯口采用切口拉延 一般距成型到底5mm处切开 但刀口在距成型到底8mm处接触板料 二 覆盖件冲压成形特点 2 冲压工序内容 2 部分冲压工序介绍修边 毛刺大 毛刺高度超过0 5t 整形易撕裂 如刃口间隙小 光亮带大 整形也容易撕裂冲孔 考虑冲头强度 废料排料 冲孔角度比切边要求高 大于 30与切边要求相当 一般小于25度 6以下冲孔倾斜角小于5度较平 五门一盖包合内板边缘不平顺采用压合 有翻边线向内移动现象 二 覆盖件冲压成形特点 3 冲压成形技术的特点 冲压成形技术是以大位移 大变形为特征的塑性变形过程 是依靠金属的塑性流动及硬化完成特定的产品形状及功能 具有效率高 成本低 易于批量化生产的特点 但由于车身覆盖件形状复杂 成形过程影响因素多 同样容易产生各种各样的冲压缺陷 如起皱 开裂 回弹等 在A区的车身表面件还对暗坑 冲击线 滑移线 擦伤 划痕等有着更严格的要求 三 冲压模具开发的工艺流程 工艺流程 四 冲压生产中的问题 1 安全问题2 常见冲压缺陷 四 冲压生产中的问题 安全事故 危害很大发生安全事故 公司遭受经济损失而自身的损失是无法估量的 四 冲压生产中的问题 安全事故一只右手掌两个人的右手四指一个人的左手四指一个左手大拇指一个被模具车撞伤 四 冲压生产中的问题 安全事故工艺设备技术人员等非操作人员实例一次天车大轮掉下一块砸到安全帽边上 擦伤上臂一设备技术人员将脾摔裂天车吊板料偏滑下将脚砍伤不走人行道 拐弯处被叉车撞伤 1 冲压生产中的问题 安全事故 请大家时刻记住进入冲压车间 一定遵守冲压车间的安全操作规程在车间内也要遵守 一停 二看 三通过的原则切记进入冲压车间 安全第一 2 常见冲压缺陷 在冲压成形过程中 以起皱 拉裂对拉伸件的影响最大 约占零件失效的70 80 当成形状态导致两种失稳形式伴随处现时 通常问题都极难解决 需设计及调试人员花费大量精力来处理常见的冲压缺陷 拉裂起皱尺寸超差表面缺陷拉延不足 塑性变形量 3 冲压成型缺陷表现形式 1 外观 外表面上的微小缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而影响外形的美观 因此不允许有波纹 暗坑 擦伤 划伤等破坏表面美感的缺陷 覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰 平滑 左右对称和过渡均匀 暗坑CAE分析不出 只能在调试时发现 2 强度及刚度 由于其塑性变形的不均匀性 会使某些部位刚性较差 导致制件变形 因此外表件的刚性要求不可忽视 检查覆盖件刚性的方法 一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同 另一是用手按看其是否发生松驰和鼓动现象 CAE分析不能比较 只能限制变薄率上控制 3 产品精度 由于冲压零件不同于机加工产品 不同部位有不同的公差要求 产品的形状精度直接影响相关件的搭接 焊装及整车的装配精度 4 为保证生产的稳定性 冲压件应有一定的安全裕度 比如变薄率允许达到25 但一般设计不超过20 分析各处变化由哪个部位引起的 安全裕度有分析软件 但时间太长 一个普通件 要计算150次 每次1 5小时 五 常见冲压缺陷的消除方法 1 拉裂拉裂和局部缩颈是拉伸失稳的主要表现形式 拉裂严重时肉眼便可看出 但无论是微裂纹还是明显拉裂都将影响产品的正常工作 导致产品报废 1 拉裂 应对措施 1 冲压成形时产生的裂纹有很多种 解决的办法也并不相同 首先应了解拉裂的位置及原因 可以从应变分析解决 工程应变取对数是真实应变 2 CAE分析可以通过成形极限图及制件的变薄率来分析裂纹产生的时间 位置 从而加以解决 五 常见冲压缺陷的消除方法 五 常见冲压缺陷的消除方法 1 拉裂 应对措施 3 在成形过程中 通过减小毛刺 增大凸模R 凹模R 加大侧壁拔模斜度 过拉延 预存料 调整走料状态 润滑状态 降低压料力 提高材料拉伸性能等等 都是防止裂纹的有效方法 4 形状差别大 流料不一致 解决流料 裂纹平行走料方向 呈月牙形 弯的侧面流料快 直的一侧流料慢 五 常见冲压缺陷的消除方法 起皱 侧壁内凹 波纹等现象是压缩失稳的表现形式 不但影响零件的表面质量 也会对模具造成不必要的磨损 通常可分为失稳类皱纹和堆积形皱纹 受零件形状及破裂因素的制约 解决起来比较困难 2 起皱 五 常见冲压缺陷的消除方法 应对措施 1 失稳皱纹是由压应力引起的皱纹 主要由于毛坯悬空时间长 板料在成形时受不均匀拉伸力 压缩力 剪切力等因素的影响 在厚度方向上失稳 压应力达到一定时皱纹与压应力垂直 不均匀拉伸皱纹与拉应力平行 剪应力造成皱纹 力与皱纹成45度角 侧壁皱纹是由剪应力引起 解决 在另一方向增加拉应力 消除剪应力 2 起皱 五 常见冲压缺陷的消除方法 应对措施 失稳现象 成形过程中 板料悬空时间长 解决办法 减少长时间悬空 例如 门内板拐角处板料一直悬空 底部易起皱 将此形状尽量放在压料面上 或增加二层台阶 2 堆积皱纹是由于成形时 毛坯受制件形状影响产生较大位移 形成多料区 在墩死时 局部表面积料过剩 而导致的皱纹 成形时保证材料流动均匀性 压料面随产品设置 让两侧流料均匀 或产品位置增加吃料筋 2 起皱 五 常见冲压缺陷的消除方法 应对措施 3 提高压料力 调整拉延筋 冲压方向 增加成形工序 板料厚度 改变产品及工艺造型以吸收多余材料等方法是解决皱纹的主要手段 油底壳类产品 减小高度差 减小斜度或二次拉延 调整冲压方向 在工艺补充面上增加余肉 材料越厚越不易起皱 4 翻边整形产生 无约束不易解决 在拉伸时考虑 利用反筋 2 起皱 五 常见冲压缺陷的消除方法 3 尺寸超差车身覆盖件通常是由3 5序冲压成形 其中涉及修边 翻边 定位 压料等多种因素 任何问题都可能导致制件在焊装 白车身匹配等环节出现缺陷 判断零件是否存在尺寸超差 同检测手段密不可分 无论是检验夹具 测厚仪 三座标测量机 关键是要找出导致制件超差的原因 同时应注意所分析的零件要有代表性 在模具或检测设备上的稳定性 从而有针对性地解决问题 为保证尺寸精度 切边的边缘压料面必须大于10mm 德国理念 消除单件变形产生的综合变形 人为造成单件变形 凭经验确定变形量 来保证总成或装配尺寸精度 包合件 一次将车门内板在产品基础上 向内侧变形2 5mm 消除包合件变形 保证总成合格 在检测制件时 先不夹紧制件 查看各部位偏差是否超差 进行尺寸超差分析比较好 4 表面缺陷 通常车身内部冲压件的外观质量不做等级评定 但对外表面件却有极严格的要求 不允许有A类及B类缺陷 并达到要求的评定等级 因此 诸如划伤 擦痕 暗坑 冲击线都有严格的限制 暗坑的解决措施 暗坑产生的原因较复杂 设计 制造 调试及冲压生产的不当都有可能诱发暗坑的出现 在设计上应系统分析对零件的变薄率 应力 应变关系 了解在变形区所产生应力梯度的等级 尽量保证产品塑性变形的均匀性 应力突变处易产生暗坑 当产品形状导致的材料流动不均匀 局部多料时 宜增加工艺补充形状 A柱 过渡棱降低 过渡凸台降低 降低0 1 0 2将凹坑部位模具用火焰烤一下 模面作微量变化也可减小缺陷 车门扣手采用负间隙解决暗坑 调试过程中 暗坑位置不固定 一般是气压不稳造成的 淬火也是造成表面缺陷的重要原因之一 暗坑的解决措施 数控加工时由于铸件缺陷 有烧焊区 局部硬点 导致加工刀具局部吃刀量不一致 或因刀具运动轨迹不连续 应在调试时加以修正 如暗坑较浅 面积较大时 应用油石打磨过渡 做大面积光顺处理 产生的原因较复杂 设计 制造 调试及冲压生产的不当都有可能诱发暗坑的出现 如暗坑面积小且不深 可考虑局部气焊烘烤处理 再从里向外用油石抛光 暗坑的解决措施 在调试过程中由于气垫压力不稳 也容易导致塑性变形不均匀 可在拉延结束时 增加3 5秒的延时保压处理 在拉延后工序 由于修边镶块 翻边镶块着色不均匀 造成局部压料不实 导致修边或翻边时材料流动 即使增加压料力也无法解决 也是暗坑产生的常见因素 压料区不能小于10mm 在用油石对型面进行蹭光时 应交叉进行逐步推进 可将型面分成几部分依次进行蹭光 全部完成后进行淬火 对淬火后的凸模型面进行检查 刃口尺 研板 冲击线及滑移线 成形冲击线是影响表面件质量的另一个主要的问题 板料在模腔内与凸 凹模接触所产成的痕迹可分为第一冲击线和第二冲击线 第一冲击线产生的原因是板料在凹模与压料圈闭合后 受凸模作用成形时 板料流经凹模口圆角 由摩擦及材料硬化 形成的痕迹 如凹模口圆角R值较大 一般超过R8冲击线减小 且光洁度较高 划痕会比较轻 第二冲击线主要是板料在模腔内与上下模的凸R发生相对位移所产生的划痕 通常要比第一冲击线要轻 滑移线是板料在成形初期与凸模的高点接触时 产品脊线区域已产生塑性变形 如前后两侧在成形后期得不到有效控制 非常容易使板料沿脊线向上部滑移 形成外脊滚线 严重影响外观质量 解决措施 分析产生的时间 原因 与模具相对应的部位 及材料的变形程度通过控制材料流动加以解决 压料面设计合理 尽量接触面大 减小滑移趋势 外板控制滑移线 主要控制材料流动 翼子板上部设主附拉延筋 冲压成形技术的发展方向 拼焊板 在成形过程中 强度较低一侧趋向强度高的一侧移动 通过调整拉延筋阻力 和焊线位置 控制拼焊线的移动 焊缝处易开裂 薄厚板过渡区制件表面产生波纹 高强度 超高强度钢冲压 减少成形整形工序 有较平工序也难达到理想效果 必须考虑回弹 热成型技术 可达800 以上 一般在400 进行成形 目前使用的CAE不能分析 一汽迈腾 有13个件是加热成形件高压胀型技术 一汽速腾 有18个件是管形件 用胀形完成硬质铝合金 注意拉延前的成形性 大红旗车身用铝合金件 六 典型问题的解决方法 1 侧围部分 1 前门上部外观棱线缺陷 降低第一次翻边成形的深度 增加第二次翻边与第一次的重合区域 第一次翻边成形保证棱线质量 第二次翻边成形保证产品形状 2 A柱上部有聚料趋势 产品局部增加个 鼻梁 把多余料吃掉 基本可以解决缺陷 2 顶盖外板1 易出现暗坑 开裂 冲击线 变形不足和回弹缺陷 2 变形不足增大变薄率 德国达到4 日本达到3 一汽最大3 8 拉延四周锁死 四角增大工艺补充 3 暗坑 合理的产品设计 翻边过程中 模具压料 用氮气缸 要使材料锁死状态 四角局部增加消除暗坑的镶块或改变局部凸凹模间隙 间隙变小 4 外板回弹 工艺设计阶段进行回弹补偿 目前回弹量是靠经验和产品特点完成的 此件3mm 顶盖较轻 工艺不能完全解决 只能靠加大塑性变形改善 3 门外板问题1 门外板是车身外覆盖件关键部件 表面质量和尺寸精度要求高 匹配关系复杂 此外 门外板一般刚性比较差 易产生回弹 暗坑等缺陷 浅拉伸件 表面平缓 塑性变形不足 2 双件拉延中间距离小 成形不足 距离大材料利用率低3 回弹问题 在工艺设计阶段 作工艺补充时应考虑其拉延过程中变形尽量充分 窗口部分可作工艺形状 增加塑性变形 最小塑性变形程度大于2 4 暗坑 门扣手 工艺设计阶段 模面设计时采用强压手段 强压面下降0 3mm 扣手拉延凹模面 调试时 可降低暗坑出凹模 门扣手型面过渡一定顺畅 5 图示B处圆角太小 需要后工序整形 容易引起其他部分暗坑缺陷 解决办法 产品更改 圆角尽量小 拉延流料完全锁死 不易产生大面皱 波纹和滑移线 门外板图 B 回弹区域 4 翼子板问题分析1 棱线位移问题 工艺设计 模具调试过程中保证前后进料均匀 2 翻边小的尽量避免采用成形工艺 否则破坏产品外观棱线质量 产生原因 短边在成形初期不工作且无约束 导致两侧材料向中间汇聚 3 避免成形类翻边 可通过局部先翻后翻等手段 平衡过程中产品内应力状态 5 轿车行李箱外板类零件问题分析 1 此零件灯口处整形开裂 解决 拉延时在易裂处各增加一个小凸包 为后序整形预存一些材料 2 翻边轮廓线为曲线 上部翻边为缺料翻边 而下部分翻边为多料翻边 翻边过程中出现材料流动 上部和下部的型面相对于翻边面为弱区 因此会产生内应力导致翻边后产生回弹 拉延和修边后未产生回弹 3 上部翻边回弹解决 先翻中间8mm 再翻两边位置 和威虎机盖后侧相似 下部翻边回弹解决 先翻两端 再翻中间 和威虎机盖前端相似 6 门内板问题分析 1 易产生起皱 破裂缺陷2 在拉伸过程中 两侧直边材料向角部汇聚 此处高低差较大 形成聚料趋势 3 解决 增加余肉 效果较好 增加凸台 吃多余料 但此处波